CN101842173B - 板材轧制机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种为了消除轧制材料的翘曲产生的通板损坏或者称之为“起伏、全波、小波”等横贯板材宽度方向的波形平面度不良，而具有上下一对工作辊、分别独立地驱动上述一对工作辊的一对电动机、以及控制单元的板材轧制机以及板材轧制机的控制方法，所述控制单元这样进行控制：一方电动机以辊旋转速度为控制目标值进行控制，另一方电动机以由该电动机驱动的工作辊施加给轧制材料的轧制转矩大致一定为控制目标、以驱动转矩为控制量进行控制。

Description

板材轧制机及其控制方法

技术领域

本发明涉及结构为上下一对工作辊分别用独立的电动机提供驱动力的板材轧制机及其控制方法。

背景技术

在用结构为上下一对工作辊分别用独立的电动机提供驱动力的板材轧制机进行板材轧制的过程中，由于轧制材料的翘曲有可能产生通板损坏或者称之为“起伏、全波、小波”等横贯板材宽度方向的波形引起的平面度不良，因此提出过各种防止发生这些情况的技术。

例如，作为控制轧制板材翘曲的技术，有根据前轧道(前パス)的轧制载荷和轧制转矩的实际值运算出在该轧道产生的轧制翘曲量，运算出用来防止该翘曲的上下辊圆周速度之差的设定改变控制量，根据该运算出的上下辊圆周速度之差的设定改变控制量控制工作辊的圆周速度的方法(参照例如日本特开平7-164031号公报)。

但是，由于用来防止翘曲的上下辊圆周速度之差的设定改变控制量因各种干扰因素而变化，因此难以准确地运算出来。因此，这种方法虽然具有一定的效果，但不能够完全消除翘曲。

并且，作为防止小波、起伏的技术，有使轧制板材向上翘地控制上下辊圆周速度之差的板材轧制方法(参照例如日本特开2002-346617号公报)。这是一种基于说明被称为“小波”或者“起伏”的横跨整个板宽的波形是在轧制机输出一侧轧制材料向下翘曲与辊道冲突所产生的技术。但是，还存在不是与辊道冲突而产生的小波和起伏，在这种情况下上述方法没有效果。

而且，作为轧制机的电动机驱动控制的一种功能，用于减小上下辊驱动转矩之差的工作辊平衡控制已被实用化(参照例如富士时报(Vol.73、No.11、pp.614～618(2000))。这是一种检测上下转矩之差来控制上下辊旋转速度差的系统，主要以保护轧制设备为目的，是一种用来避免成为轧制速度控制干扰的时间常数大的、缓慢的控制，不能够获得防止翘曲和起伏的效果。

但是，虽然与本发明的目的完全不同，但在日本特开昭54-71064号公报和日本特开昭60-9509号公报中公开了与本发明类似的实施形态。这些发明为主动地使上下辊的圆周速度或转矩不同，给轧制材料施加附加的剪切塑性变形，进行所谓异圆周速度轧制的技术。

发明内容

本发明所要解决的问题是要提供一种能够消除轧制材料翘曲带来的通板损坏或者称之为“起伏、全波、小波”等的横贯板材宽度方向的波形带来的平面度不良的板材轧制机及其控制方法。

本发明者为了解决上述问题，对翘曲或者横贯板材宽度方向的波形引起的平面度不良的产生机理进行了广泛的研究，结果获得以下技术发现。

(A)产生翘曲或起伏时，上下工作辊的轧制转矩平衡发生很大变化。

(B)更具体为，轧制材料上翘时，下轧制转矩向增加的方向急剧变化、上轧制转矩向减小的方向急剧变化，当轧制材料下翘时，产生与上述相反方向的转矩变化。

(C)产生起伏时，上下工作辊的轧制转矩的平衡连续、并且周期性地变化。

(D)而且，在引起轧制损坏这样大的翘曲的情况下——例如热带精轧的情况下，在1秒钟左右这样短的时间内上下辊之间产生方向相反的、每根辊转矩的绝对值超过50％这样非常大的转矩变化。并且，即使在这样的情况下，上下辊转矩的合计值几乎保持在一定值。

(E)从上述可知，如果进行抑制上下工作辊之间轧制转矩平衡变化的高响应特性的驱动控制的话，能够防止翘曲或者横贯板材宽度方向的波形引起的平面度不良。

并且，本发明者反复进行了各种实验性研究和理论性研究，结果发现通过采用现有技术中没有的下述新的控制方式能够实现抑制上下工作辊之间轧制转矩平衡的变化的、高响应特性的驱动控制。作为与轧制速度控制不相矛盾的控制方案：驱动一个工作辊的电动机以工作辊的旋转速度作为控制目标值进行控制，驱动另一个工作辊的电动机以使由该电动机驱动的工作辊施加给轧制材料的轧制转矩大致一定为控制目标、以驱动转矩作为控制量进行控制。

其中轧制转矩大致一定是指在轧制长度相当于轧制输出侧板厚的100倍的长度时，转矩控制侧工作辊的轧制转矩与上下轧制转矩合计值之比随时序的变化在合计转矩的10％左右以下，最好是5％左右以下。

(1)基于上述见解和发现，本发明者们想出了能够消除轧制板材的翘曲引起的通板损坏或者被称之为“起伏、全波、小波”等横贯板材宽度方向的波形引起的平面度不良的板材轧制机。本发明为一种板材轧制机，具有上下一对工作辊以及分别独立地驱动上述一对工作辊的一对电动机，其特征在于，具有下述控制单元：一方电动机以辊旋转速度为控制目标值进行控制，另一方电动机以由该电动机驱动的工作辊施加给轧制材料的轧制转矩大致一定为控制目标、以驱动转矩为控制量进行控制。

但是，与上述本发明的目的完全不同，如上所述日本特开昭54-71064号公报和日本特开昭60-9509号公报中公开了与本发明类似的实施形态。这些发明为主动地使上下辊的圆周速度或转矩不同，使轧制材料产生附加的剪切塑性变形，进行所谓异圆周速度轧制的技术。

日本特开昭54-71064号公报中公开了这样一种轧制机：在上下某一个工作辊的驱动电动机中设置速度设定电路，并且设置了与上述速度设定了的工作辊上的转矩具有指定的转矩比或者转矩差的、驱动另一个工作辊的转矩比较控制装置。该技术中虽然进行辊速度设定的工作辊的驱动为转矩控制，但该转矩控制目标值以实施辊速度控制的驱动电动机的转矩的实际信号为基准而决定。但据本发明者的研究，实施辊速度控制的驱动电动机的转矩有可能随着轧制材料进入轧制机的进入角度等的变化而产生大而急剧的变化，在这样的情况下，直接将其输入控制电路决定另一个转矩的控制目标值的上述发明中，转矩控制目标值本身就存在大而急剧的变化，不可能进行本发明这样的没有实施速度控制一侧的轧制转矩大致一定的控制，不能够防止翘曲或起伏的发生。

并且，日本特开昭60-9509号公报公开了下述控制方法：驱动上下工作辊中的一个工作辊的电动机进行速度控制，另一个工作辊的电动机以从轧制所需要的轧制转矩中减去进行上述速度控制的辊一侧的转矩的差值作为转矩目标值进行转矩控制。但据本发明者的研究，像上述那样实施辊速度控制的工作辊的转矩可能随着轧制材料进入轧制机的进入角度等的变化而产生大而急剧的变化，但即使在这样的情况下、上下工作辊转矩的合计值的变化也很小。因此，在从合计转矩中减去实施速度控制的工作辊转矩的实际值的情况下，如果实施速度控制的工作辊的转矩变化大的话，则另一个辊的转矩目标值沿与速度控制辊的相反的方向大幅度地变动，不可能进行本发明这样的没有实施速度控制一侧的轧制转矩大致一定的控制，不能够防止翘曲或起伏的发生。

而且，有关上述两个不同圆周速度的轧制的发明也有可能不能区分驱动转矩和轧制转矩，例如加减速度时受驱动系或加强辊的惯性的影响有可能难以将作用在轧制材料与工作辊之间的轧制转矩控制在大致一定。

(2)本发明者进而想出了能够预防在轧制材料咬入前无负载时的异常旋转的板材轧制机。该发明为具备下述控制单元的上述(1)所述的板材轧制机：在轧制材料咬入之前以辊旋转速度为控制目标值控制两方电动机，在轧制材料咬入之后将单方电动机的控制切换到以驱动转矩为控制量的控制。

(3)本发明者进而想出了能够预防在轧制材料咬入后无负载时异常旋转的板材轧制机。该发明为具备下述控制单元的上述(1)或(2)所述的板材轧制机：在轧制材料尾端经过之前继续对单方电动机进行以驱动转矩为控制量的控制，在尾端即将经过之前切换到对两方电动机以辊旋转速度为控制目标值的控制。

(4)本发明者想出了即使在加减速度急剧的轧制条件下也能够保持上下工作辊之间轧制转矩平衡的板材轧制机。该发明为具备下述控制单元的上述(1)～(3)任一项所述的板材轧制机：控制电动机，使从驱动转矩测量值中减去由驱动系和辊系的惯性力引起的转矩的轧制转矩与控制目标值一致地赋予驱动转矩控制量。

(5)同样，本发明者想出了即使在加减速度急剧的轧制条件下也能够保持上下工作辊之间轧制转矩平衡的板材轧制机。该发明为具备下述控制单元的上述(1)～(3)任一项所述的板材轧制机：控制电动机，使从主轴转矩测量值中减去由辊系的惯性力引起的转矩的轧制转矩与控制目标值一致地赋予驱动转矩控制量。

(6)并且，本发明者想出了更加能够保持上下工作辊之间轧制转矩平衡的板材轧制机。该发明为具有下述控制单元的上述(1)～(5)任一项所述的板材轧制机：在轧制过程中改变控制驱动转矩的电动机的驱动转矩控制目标值。

(7)其一个例子为具有下述控制单元的上述(6)所述的板材轧制机：呈坡形地改变轧制过程中改变的上述驱动转矩控制目标值。

(8)另一个例子为具备下述控制单元的上述(6)或(7)所述的板材轧制机：根据由以辊旋转速度为控制目标值进行控制的电动机驱动的工作辊的驱动转矩测量值或主轴转矩测量值、经由时序性平滑化处理来改变轧制过程中改变的上述驱动转矩控制目标值。

(9)再一个例子为具有下述控制单元的上述(6)～(8)任一项所述的板材轧制机：根据轧制载荷的变动来改变轧制过程中改变的上述驱动转矩控制目标值。

(10)而且，本发明者想出了能够消除轧制板材的翘曲引起的通板损坏或者被称之为“起伏、全波、小波”等横贯板材宽度方向的波形引起的平面度不良的板材轧制机的控制方法。该发明为一种板材轧制机的控制方法，该板材轧制机的结构为上下一对工作辊分别由独立的电动机提供驱动力，其特征在于，一方电动机以辊旋转速度为控制目标值进行控制，另一方电动机以由该电动机驱动的工作辊施加给轧制材料的轧制转矩大致一定为控制目标、以驱动转矩为控制量进行控制。

(11)本发明者还想出了能够预防在轧制材料咬入前无负载时的异常旋转的板材轧制机的控制方法。该发明在上述(10)所述的板材轧制机的控制方法中：在轧制材料咬入之前以辊旋转速度为控制目标值而控制两方电动机，在轧制材料咬入之后将单方电动机的控制切换到以驱动转矩为控制量的控制。

(12)本发明者还想出了能够预防在轧制材料咬入后无负载时的异常旋转的板材轧制机的控制方法。该发明在上述(10)或(11)所述的板材轧制机的控制方法中：在轧制材料尾端经过之前继续对单方电动机进行以驱动转矩为控制量的控制，在尾端即将经过之前切换到对两方电动机以辊旋转速度为控制目标值的控制。

(13)本发明者想出了即使在加减速度急剧的轧制条件下也能够保持上下工作辊之间轧制转矩平衡的板材轧制机的控制方法。该发明在上述

(10)～(12)任一项所述的板材轧制机的控制方法中：控制电动机使从驱动转矩测量值中减去由驱动系和辊系的惯性力引起的转矩的轧制转矩与控制目标值一致地赋予驱动转矩控制量。

(14)同样，本发明者想出了即使在加减速度急剧的轧制条件下也能够保持上下工作辊之间轧制转矩平衡的板材轧制机的控制方法。该发明为控制电动机使从主轴转矩测量值中减去由辊系的惯性力引起的转矩的轧制转矩与控制目标值一致地赋予驱动转矩控制量的上述(10)～(12)任一项所述的板材轧制机的控制方法。

(15)本发明者想出了能够更加保持上下工作辊之间轧制转矩平衡的板材轧制机的控制方法。该发明为在轧制过程中改变控制驱动转矩的电动机的驱动转矩控制目标值的上述(10)～(14)任一项所述的板材轧制机的控制方法。

(16)其一个例子为呈坡形地改变轧制过程中改变的上述驱动转矩控制目标值的上述(15)所述的板材轧制机的控制方法。

(17)另一个例子为根据由以辊旋转速度为控制目标值进行控制的电动机驱动的工作辊的驱动转矩测量值或主轴转矩测量值、经由时序性平滑化处理来改变轧制过程中改变的上述驱动转矩控制目标值的上述(15)或(16)所述的板材轧制机的控制方法。

(18)再一个例子为根据轧制载荷的变动来改变轧制过程中改变的上述驱动转矩控制目标值的上述(15)～(17)任一项所述的板材轧制机的控制方法。

通过以上发明能够获得的效果如下所述。即，如果采用一方电动机以辊旋转速度为控制目标值进行控制，另一方电动机以由该电动机驱动的工作辊施加给轧制材料的轧制转矩大致一定为控制目标、以驱动转矩为控制量进行控制的本发明所涉及的板材轧制机及其控制方法的话，能够抑制上下工作辊之间轧制转矩平衡的急剧变化，能够消除轧制板材的翘曲引起的通板损坏或者被称之为“起伏、全波、小波”等横贯板材宽度方向的波形引起的平面度不良。

附图说明

图1为表示本发明的板材轧制机及其控制方法的第1实施形态的结构图；

图2为表示本发明的板材轧制机及其控制方法的第2实施形态的控制流程图；

图3为表示本发明的板材轧制机及其控制方法的第3实施形态的结构图；

图4为表示本发明的板材轧制机及其控制方法的第4实施形态的结构图；

图5为表示本发明的板材轧制机及其控制方法的第5实施形态的结构图；

图6为表示本发明的板材轧制机及其控制方法的第6实施形态的说明图；

图7为表示本发明的板材轧制机及其控制方法的第7实施形态的结构图；

图8为表示本发明的板材轧制机及其控制方法的第8实施形态的结构图；

图9为表示本发明的板材轧制机及其控制方法的第9实施形态的结构图；

图10为表示本发明的板材轧制机及其控制方法的第10实施形态的结构图。

具体实施方式

下面参照图1～图10说明实施本发明的优选实施形态。

在本发明的板材轧制机及其控制方法中，上工作辊2和下工作辊3分别由独立的驱动用电动机5、6驱动的板材轧制机为了实现抑制上下工作辊之间轧制转矩平衡的变化的、高响应特性的驱动控制，驱动一个工作辊的电动机以工作辊的旋转速度作为控制目标值进行控制，对于驱动另一个工作辊的电动机以使由该电动机驱动的工作辊施加给轧制材料的轧制转矩大致一定为控制目标、以驱动转矩作为控制量进行控制。

图1为表示本发明的板材轧制机及其控制方法的第1实施形态的结构图，为对上工作辊2进行驱动转矩控制、对下工作辊3进行辊旋转速度控制的例子。

第1实施形态如图1所示，驱动上工作辊2的上驱动用电动机5为了实现赋予的上轧制转矩目标值16，使上驱动转矩测量值8与用上驱动转矩目标值运算器19运算出的上驱动转矩目标值7一致地进行控制；驱动下工作辊3的下驱动用电动机6使下工作辊旋转速度测量值11与赋予的下工作辊旋转速度目标值10一致地进行控制。即，上驱动用电动机5以上驱动转矩为控制量进行控制，对于下驱动用电动机6以辊旋转速度为控制目标值进行控制。

为了实现这样的控制，上驱动控制回路根据上驱动转矩目标值7与上驱动转矩测量值8的差异给上驱动用电动机5输出上驱动转矩控制量9，下驱动控制回路根据下工作辊旋转速度目标值10与下工作辊旋转速度测量值11的差异给下驱动用电动机6输出下工作辊旋转速度控制量12。

本发明的板材轧制机及其控制方法中，这样对驱动一个工作辊的电动机只控制辊旋转速度而对驱动转矩不进行控制；对于驱动另一个工作辊的电动机只控制驱动转矩而对辊旋转速度不进行控制。但是，如果采用本发明的板材轧制机及其控制方法，对于轧制板材的速度控制不仅能够发挥与现有技术的对上下工作辊同时控制工作辊的旋转速度时相同的性能，而且能够防止上下工作辊之间轧制转矩平衡的变化。

这是因为正常的轧制在压下率几乎一定的状态下实施轧制，因此当将上下工作辊轧制转矩合计了的合计转矩大致为一定值时，如果将一个工作辊的轧制转矩控制在一定的话，必然能够将另一个工作辊的轧制转矩也控制在大致一定，因此能够防止上下工作辊之间轧制转矩平衡的变化。即，由于实施辊旋转速度控制的另一个工作辊的轧制转矩也大致一定，工作辊与轧制板材之间的滑移为零的中立点位置也被保持在一定，因此对于轧制板材的速度也被保持为大致一定。

因此，如果采用一台电动机以工作辊的旋转速度作为控制目标值进行控制，另一台电动机以该电动机驱动的工作辊施加给轧制板材的轧制转矩大致一定为控制目标、以驱动转矩作为控制量进行控制的本发明的板材轧制机及其控制方法的话，能够抑制上下工作辊之间轧制转矩平衡的急剧变化，能够消除轧制板材翘曲引起的通板损坏或者称之为“起伏、全波、小波”等横贯板材宽度方向的波形引起的平面度不良。

并且，本发明的控制希望贯穿板材轧制的整个长度来进行，由于不是日本特开平7-164031号公报和2中所列举的对症疗法性的对应而是稳定的控制，因此响应速度快，能够防止翘曲或断面收缩于未然。

另外，虽然图1为对上工作辊2进行驱动转矩控制、对下工作辊3进行辊旋转速度控制的例子，但也可以将上下的控制调过来。并且，在根据目标值与测量值的差异来决定控制量时，当然也可以使用例如夹设有PID控制增益等通常使用的控制技术，可以使用例如CPU(电子计算机)作为像上述那样一台电动机以工作辊的旋转速度作为控制目标值进行控制、另一台电动机以驱动转矩作为控制量进行控制地控制分别独立驱动上下一对工作辊的一对电动机的控制装置。并且，通过从压制实际数据学习轧制转矩目标值的设定计算模型，能够提高轧制转矩设定值的运算精度，结果能够减小上下工作辊的转矩之差。

图2为表示本发明板材轧制机及其控制方法的第2实施形态的控制流程图。第2实施形态如图2所示，除了进行第一实施形态的控制之外，还在轧制开始之前——即在轧制板材咬入之前将工作辊的旋转速度作为控制目标值来控制两台电动机。然后，在开始轧制之后——即在轧制板材咬入之后切换到以驱动转矩为控制量控制单台电动机的控制。这是因为通过将以驱动转矩为控制量进行控制的单台电动机的控制仅限于轧制过程中，能够防止无负载时的异常旋转，能够进行更稳定的操作和设备保护的缘故。

并且，在轧制板材咬入后将单台电动机的控制切换到以驱动转矩为控制量的控制，之后直到轧制板材的尾端经过之前继续对单台电动机进行以驱动转矩为控制量的控制，在尾端即将经过之前切换到对两台电动机进行以工作辊的旋转速度为控制目标值的控制。由此，能够预备性地防止轧制结束后无负载时的异常旋转。

对于是否开始了轧制的判断，可以例如连续地测量轧制载荷，以轧制载荷在一定的阈值以上——例如设定计算载荷的30％以上的时刻作为轧制开始点进行判断。并且，也可以根据电动机的电流连续地运算出驱动转矩，当驱动转矩的运算值达一定的阈值以上——例如设定计算转矩的30％以上时，将其作为轧制开始点进行判断。

对于轧制是否结束的判断与轧制开始的判断相反，可以以轧制载荷或者驱动转矩在例如设定值或不到正常工作实际值的30％的时刻为轧制结束点进行判断。由于如果在继续对上工作辊进行驱动转矩控制的状态下拔出轧制板材则上工作辊的旋转速度急剧增加，因此也可以进行当上工作辊的旋转速度达一定值以上时判定为轧制结束、返回到辊旋转速度控制的操作。

另外，虽然表示第2实施形态的图2为对上工作辊进行驱动转矩控制、对下工作辊进行辊旋转速度控制的例子，但也可以像第1实施形态一样将上下的控制调换过来。

图3为表示本发明板材轧制机及其控制方法的第3实施形态的结构图，为对上工作辊2进行驱动转矩控制、对下工作辊3进行辊旋转速度控制的例子。

如图3所示，第3实施形态中驱动上工作辊2的上驱动用电动机5使上轧制转矩运算值15与赋予的上轧制转矩目标值16一致地进行控制。即，控制上驱动用电动机5使从上驱动转矩测量值8中减去由驱动系统和辊系的惯性力引起的转矩的上轧制转矩与控制目标值一致地赋予驱动转矩控制量。此时即使上轧制转矩目标值16一定，在例如加减速时驱动转矩需要负担驱动系和辊系的惯性力变化，因此赋予的驱动转矩的控制量产生变化。

其中，本发明所谓的驱动转矩是指驱动用电动机所产生的转矩，除了轧制转矩以外，还包括轴承的阻力、驱动系和辊系惯性力的起作用部分的量。并且，轧制转矩是指直接对轧制材料产生塑性变形做功的转矩，指由作用在轧制材料与工作辊之间的轧制压力的分布决定的转矩。

而且，辊系的惯性力除了加强辊的惯性力以外，还包括工作辊的惯性力。并且，在存在图中没有表示的中间辊的情况下，为包括中间辊的一组辊的惯性力的合计。

为了实现这样的控制，上轧制转矩运算器14根据上工作辊旋转速度测量值13运算出上驱动系的加速度，考虑上驱动系的惯性力矩——即驱动系和辊系的惯性力运算出上驱动系的加速度对驱动转矩起作用部分的量，从上驱动转矩测量值8中减去这个量，推算出真正的上轧制转矩运算值15。另外，严格来讲，根据驱动转矩运算出轧制转矩还必须减去轴承阻力的起作用部分的量，但是由于通常情况下轴承阻力起作用部分的量极其小，因此也可以省略这道手续。

于是，上驱动控制回路根据上轧制转矩运算值15与上轧制转矩目标值16之间的差异给上驱动用电动机5输出上驱动转矩控制量9，所述上轧制转矩运算值15为从上驱动转矩测量值8中减去由驱动系和辊系的惯性力引起的转矩的值。

这样一来，第3实施形态中由于控制上驱动用电动机5使从上驱动转矩测量值8中减去由驱动系和辊系的惯性力引起的转矩的轧制转矩与控制目标值一致地赋予驱动转矩控制量，因此即使在加减速度急剧的轧制条件下也能够保持上下工作辊之间的轧制转矩平衡。

另外，驱动下工作辊3的下驱动用电动机6被使下工作辊旋转速度测量值11与赋予的下工作辊旋转速度目标值10一致地进行控制、用来实现这种控制的下驱动控制回路根据下工作辊旋转速度目标值10与下工作辊旋转速度测量值11之间的差异给下驱动用电动机6输出下工作辊旋转速度控制量12这一点与第1和第2实施形态相同。

并且，虽然图3为对上工作辊2进行驱动转矩控制、对下工作辊3进行辊的旋转速度的控制的例子，但也可以将上下的控制调换。

图4为表示本发明的板材轧制机及其控制方法的第4实施形态的结构图，为对上工作辊2进行驱动转矩控制、对下工作辊3进行辊旋转速度控制的例子。如图4所示，第4实施形态中控制上驱动用电动机5使从上主轴转矩测量值17中减去由辊系惯性力引起的转矩的上轧制转矩与控制目标值一致地赋予驱动转矩控制量。

其中，本发明所谓的主轴转矩是指将轧制转矩传递给工作辊的主轴承担的转矩，除了轧制转矩以外，还包括轴承的阻力、辊系惯性力的起作用部分的量。并且，由于包括主轴的从转矩传感器到工作辊之间这一部分的惯性力的起作用部分的量，因此将主轴的这一部分包含到辊系中。

为了实现这样的控制，上轧制转矩运算器14考虑上辊系的惯性力而根据上工作辊旋转速度测量值13运算出运算的上辊系的加速度对驱动转矩起作用部分的量，从上主轴转矩测量值17中减去这个量，推算出真正的上轧制转矩运算值15。

于是，上驱动控制回路根据上轧制转矩运算值15与上轧制转矩目标值16之间的差异给上驱动用电动机5输出上驱动转矩控制量9，所述上轧制转矩运算值15为从上主轴转矩测量值17中减去由上辊系的惯性力引起的转矩的值。

并且，为了消除驱动系惯性力的影响，用来获得上主轴转矩测量值17的测量装置采用能够测量上主轴部分的转矩的结构。该装置只要采用结构为用应变仪观测主轴部分产生的由转矩引起的扭转变形并将变形抽出的一般的装置就可以。

这样一来，第4实施形态中，由于控制上驱动用电动机5使从上主轴转矩测量值17中减去由上辊系的惯性力引起的转矩的轧制转矩与控制目标值一致地赋予驱动转矩控制量，因此即使在加减速度急剧的轧制条件下也能够保持上下工作辊之间的轧制转矩平衡。

另外，驱动下工作辊3的下驱动用电动机6被使下工作辊旋转速度测量值11与赋予的下工作辊旋转速度目标值10一致地进行控制、用来实现这种控制的下驱动控制回路根据下工作辊旋转速度目标值10与下工作辊旋转速度测量值11之间的差异给下驱动用电动机6输出下工作辊旋转速度控制量12这一点与第1实施形态等相同。

并且，虽然图4为对上工作辊2进行驱动转矩控制、对下工作辊3进行辊的旋转速度控制的例子，但也可以将上下的控制调换。

以上说明了本发明的板材轧制机及其控制方法中为了防止上下工作辊之间轧制转矩平衡的变化，驱动一个工作辊的电动机以辊的旋转速度为控制目标值进行控制，驱动另一个工作辊的电动机以驱动转矩为控制量进行控制的情况。

但是，为了更适当地控制上下工作辊之间轧制转矩的平衡，对于后者以驱动转矩为控制量的电动机，进而最好进行在轧制过程中改变驱动转矩控制目标值的控制。此时，如果急剧地改变该控制目标值，则上下工作辊之间的轧制转矩平衡急剧变化，有可能成为产生翘曲或起伏的原因，因此希望对该变更率设置限制。

图5为表示本发明板材轧制机及其控制方法的第5实施形态的结构图，为对上工作辊2进行驱动转矩控制、对下工作辊3进行辊旋转速度控制的例子，为还具有运算上驱动转矩目标值7的更新值的上驱动转矩目标值运算器19的例子。

该上驱动转矩目标值运算器19根据下驱动转矩测量值18、上驱动转矩测量值8和当前的上驱动转矩目标值7运算上驱动转矩目标值7的更新值。

当运算该更新值时，最好对下驱动转矩测量值18和上驱动转矩测量值8的时序数据进行指数平滑等的时序数据平滑化处理，除去测量干扰数据等不需要的高频变动成分。

并且，对这样获得的上下驱动转矩测量值的合计值进行乘以所希望的比率α(通常α为1/2)的运算，作为上驱动转矩目标值7的更新值。例如，在下驱动转矩增大了的情况下，虽然上驱动棍转矩在转矩控制下不会有大的变化，但由于上下驱动转矩的合计值也增大，因此上驱动转矩目标值也要往增大的方向更新。由此，在更新值的变化量相对于当前的上驱动转矩目标值7过大的情况下，上下工作辊之间轧制转矩平衡有可能临时被破坏，因此为了防止这种情况，最好对上驱动转矩目标值的变化量加以预定的上下限制约。

虽然在本实施形态中轧制转矩作为控制目标值没有表现为正，但目的还是为了维持上下工作辊之间轧制转矩平衡，这种情况在上驱动转矩目标值运算器19中进行考虑。即，在上下驱动系的惯性力矩存在差异的情况下，加减速度时考虑该惯性项的不同而运算上驱动转矩目标值以维持上下工作辊之间轧制转矩平衡。

另外，虽然图5为对上工作辊2进行驱动转矩控制、对下工作辊3进行辊的旋转速度控制的例子，但也可以将上下的控制调换。

图6为表示本发明的板材轧制机及其控制方法的第6实施形态的说明图。在轧制条件的变化比较平缓的条件下，由于不需要像图5的例子那样连续地改变控制目标值，因此可以采用例如图6所示形态的改变驱动转矩目标值的过程。即，设置采样期间20和驱动转矩目标值改变期间21，根据采样期间20采取的驱动转矩测量值运算出驱动转矩目标的更新值，接着在驱动转矩目标值改变期间21使驱动转矩目标值斜坡形地向着驱动转矩目标更新值改变。另外，所谓斜坡形地改变不是阶梯形状地改变，而是以一定的变化率直线性地向着更新值改变。

由于目标值斜坡形的改变不是急剧的目标值改变，不会破坏上下工作辊之间轧制转矩的平衡，因此不会产生翘曲或者起伏。但是，在这种形态下上下工作辊之间轧制转矩的平衡也可能临时破坏，因此最好给驱动转矩目标值变化率加上预定的上下限制约。该转矩变化率绝对值的上限值优选例如在轧制长度相当于轧制输出侧板厚的100倍的长度期间上下合计转矩的10％左右以下、5％左右以上。

另外，上述图6所示形态的改变转矩目标值的过程为轧制条件的变化比较平稳的情况下所采用的过程，采样期间20和转矩目标值改变期间21设定在例如5～10秒左右的范围内。

图7为表示本发明的板材轧制机及其控制方法的第7实施形态的结构图，为对上工作辊2进行驱动转矩控制、对下工作辊3进行辊旋转速度控制的例子。

上轧制转矩运算器14根据上工作辊旋转速度测量值13运算出上驱动系的加速度，考虑上驱动系的惯性力矩——即驱动系和辊系的惯性力运算出上驱动系的加速度对驱动转矩起作用部分的量，从上驱动转矩测量值8中减去这个量，推算出真正的上轧制转矩运算值15。

并且，上驱动控制回路根据上轧制转矩运算值15与上轧制转矩目标值16之间的差异给上驱动用电动机5输出上驱动转矩控制量9，所述上轧制转矩运算值15为从上驱动转矩测量值8中减去由驱动系和辊系的惯性力引起的转矩的值。

上轧制转矩目标值运算器24例如对上轧制转矩运算值15和下轧制转矩运算值23的时序数据进行指数平滑等的时序性平滑化处理(時系列的平滑化処理)，除去测量干扰数据等不需要的高频变动成分，对这样获得的上下轧制转矩运算值的合计值进行乘以所希望的比率α(通常α为1/2)的运算，作为上轧制转矩目标值16的更新值。

但是，在更新值的变化量相对于当前的上轧制转矩目标值16过大的情况下，上下工作辊之间轧制转矩平衡有可能临时被破坏，因此最好对上轧制转矩目标值16的变化量加以预定的上下限制约。

下轧制转矩运算器22中，也与上轧制转矩运算时一样根据下工作辊旋转速度测量值11运算出下驱动系的加速度，考虑下驱动系的惯性力矩而运算出下驱动系的加速度对驱动转矩起作用部分的量，从下驱动转矩测量值18中减去这个量，推算出真正的下轧制转矩运算值23。

并且，下驱动控制回路根据下工作辊旋转速度目标值10与下工作辊旋转速度测量值11之间的差异给下驱动用电动机6输出下工作辊旋转速度控制量12。

这样一来，第7实施形态中由于控制上驱动用电动机5使从上驱动转矩测量值8中减去由驱动系和辊系的惯性力引起的转矩的轧制转矩与控制目标值一致地赋予驱动转矩控制量，并且在轧制过程中更新该控制目标值，因此即使在加减速度急剧的轧制条件下也能够保持上下工作辊之间的轧制转矩平衡。

另外，虽然图7为对上工作辊2进行驱动转矩控制、对下工作辊3进行辊的旋转速度控制的例子，但也可以将上下的控制调换。

另外，虽然在图7的形态中在控制回路没有表现出上驱动转矩目标值为正时的结构，但这只是为了简化控制回路的表示，当根据上轧制转矩目标值与上轧制转矩运算值之间的差异运算出上驱动转矩控制量时，如果准确地表现的话，则为根据上轧制转矩目标值与上轧制转矩运算值之间的差异更新上驱动转矩目标值，再根据更新后的上驱动转矩目标值与上驱动转矩测量值运算出上驱动转矩控制量，经由上驱动转矩目标值的概念进行控制这一点没有改变。

图8为表示本发明板材轧制机及其控制方法的第8实施形态的结构图，为对上工作辊2进行驱动转矩控制、对下工作辊3进行辊旋转速度控制的例子。

如图8所示，第8实施形态中控制上驱动用电动机5使从上主轴转矩测量值17中由减去辊系惯性力引起的转矩的上轧制转矩与控制目标值一致地赋予驱动转矩控制量。

为了实现这样的控制，上轧制转矩运算器14考虑上辊系的惯性力，根据上工作辊旋转速度测量值13运算出上辊系的加速度对驱动转矩起作用部分的量，从上主轴转矩测量值17中减去这个量，推算出真正的上轧制转矩运算值15。

于是，上驱动控制回路根据上轧制转矩运算值15与上轧制转矩目标值16之间的差异给上驱动用电动机5输出上驱动转矩控制量9，所述上轧制转矩运算值15为从上主轴转矩测量值17中减去由上辊系的惯性力引起的转矩的值。

并且，为了消除驱动系惯性力的影响，用来获得上主轴转矩测量值17的测量装置采用能够测量上主轴部分的转矩的结构。

另一方面，上轧制转矩目标值运算器24中例如对上轧制转矩运算值15和下轧制转矩运算值23的时序数据进行指数平滑等的时序性平滑化处理，除去测量干扰数据等不需要的高频变动成分，对这样获得的上下轧制转矩运算值的合计值进行乘以所希望的比率α(通常α为1/2)的运算，作为上轧制转矩目标值16的更新值。

但是，在更新值的变化量相对于当前的上轧制转矩目标值16过大的情况下，上下工作辊之间轧制转矩平衡有可能临时被破坏，因此最好对上轧制转矩目标值16的变化量加以预定的上下限制约。

另外，为了消除驱动系惯性力的影响，用来获得下主轴转矩测量值25的测量装置与上述一样采用能够测量下主轴部分的转矩的结构。

下轧制转矩运算器22也与上轧制转矩运算时一样根据下工作辊旋转速度测量值11运算出下驱动系的加速度，考虑下驱动系的惯性力矩而运算出下辊系的加速度对驱动转矩起作用部分的量，从下主轴转矩测量值25中减去这个量，推算出真正的下轧制转矩运算值23。

这样一来，第8实施形态中，由于控制上驱动用电动机5使从上主轴转矩测量值17中减去由辊系的惯性力引起的转矩的轧制转矩与控制目标值一致地赋予驱动转矩控制量，并且在轧制过程中根据以辊旋转速度作为控制目标值控制的电动机驱动的工作辊的主轴转矩测量值更新该控制目标值，因此即使在加减速度急剧的轧制条件下也能够保持上下工作辊之间的轧制转矩平衡。

另外，虽然图8为对上工作辊2进行驱动转矩控制、对下工作辊3进行辊的旋转速度控制的例子，但也可以将上下的控制调换。

图9为表示本发明的板材轧制机及其控制方法的第9实施形态的结构图，为在第8实施形态中增加了轧制载荷测量装置26的结构图。

第8实施形态中，当轧制材料的温度沿长度方向变化时，产生短周期的变形阻力变动，因此实施辊速度控制的下工作辊3的轧制转矩也与之相对应地短周期变动。

并且，由于该轧制转矩的变动在用上轧制转矩目标值运算器24进行时序性平滑化处理时作为干扰除去的可能性高，因此此时该轧制转矩的变动量不反映到上轧制转矩目标值16中。

并且，由于上轧制转矩高响应、高精度地与上轧制转矩目标值16一致地进行控制，因此只有下轧制转矩的变动部分短周期地扰乱上下工作辊之间轧制转矩的平衡。

图9所示的第9实施形态采用这样的结构：即使在这样存在短周期变形阻力变动的情况下也要保持上下工作辊之间轧制转矩的平衡，将轧制机所配备的轧制载荷测量装置26输出的轧制载荷测量值27输入到上轧制转矩目标值运算器24中，运算与短周期的轧制载荷变动相对应的上轧制转矩目标值变动量并将其加算进去。

另外，这种上轧制转矩目标值变动量的运算可以例如通过将轧制载荷变动量乘以由设定计算而获得的转矩臂系数来进行运算。

虽然本实施形态中转矩控制一侧的工作辊的轧制转矩变动，但该变动为与上下转矩合计值的变动一致的变动，转矩控制一侧的工作辊的轧制转矩与上下转矩合计值之间的比值大致保持在一定。因此，并没有改变将转矩控制一侧的轧制转矩控制在大致一定这一基本结构。

图10为表示本发明的板材轧制机及其控制方法的第10实施形态的结构图，为在第1实施形态中增加了轧制载荷测量装置26和上驱动转矩目标值运算器28的结构图。

这是将第9实施形态中的上轧制转矩目标值换成上驱动转矩目标值，使与下辊一侧的转矩变动有关的信息与上驱动转矩目标值运算器28无关的形态。由于即使在这种形态下也能够根据轧制载荷推定上下转矩测量值的合计值，因此能够进行以第9实施形态为基准的控制。

工业实用性

如上所述，如果采用本发明的板材轧制机及其控制方法，能够抑制上下工作辊之间轧制转矩平衡的急剧变化，能够消除轧制材料的翘曲所引起的通板损坏或者称之为“起伏、全波、小波”等的横贯板材宽度方向的波形引起的平面度不良。由此，能够达成轧制作业的稳定进行，不仅能够提高设备运转率、而且合格率也提升，当然也就能够提高轧制生产的综合效率。

Claims (24)

1.一种板材轧制机，具有上下一对工作辊以及分别独立地驱动上述一对工作辊的一对电动机，其特征在于，具有下述控制单元：一方电动机以辊旋转速度为控制目标值进行控制，另一方电动机以由该电动机驱动的工作辊施加给轧制材料的轧制转矩大致一定为控制目标、以驱动转矩为控制量进行控制。

2.如权利要求1所述的板材轧制机，其特征在于，具备下述控制单元：在轧制材料咬入之前以辊旋转速度为控制目标值控制两方电动机，在轧制材料咬入之后将单方电动机的控制切换到以驱动转矩为控制量的控制。

3.如权利要求1所述的板材轧制机，其特征在于，具备下述控制单元：在轧制材料尾端经过之前继续对单方电动机进行以驱动转矩为控制量的控制，在尾端即将经过之前切换到对两方电动机以辊旋转速度为控制目标值的控制。

4.如权利要求1或2所述的板材轧制机，其特征在于，具备下述控制单元：控制电动机，使从驱动转矩测量值中减去由驱动系和辊系的惯性力引起的转矩的轧制转矩与控制目标值一致地赋予驱动转矩控制量。

5.如权利要求3所述的板材轧制机，其特征在于，具备下述控制单元：控制电动机，使从驱动转矩测量值中减去由驱动系和辊系的惯性力引起的转矩的轧制转矩与控制目标值一致地赋予驱动转矩控制量。

6.如权利要求1或2所述的板材轧制机，其特征在于，具备下述控制单元：控制电动机，使从主轴转矩测量值中减去由辊系的惯性力引起的转矩的轧制转矩与控制目标值一致地赋予驱动转矩控制量。

7.如权利要求3所述的板材轧制机，其特征在于，具备下述控制单元：控制电动机，使从主轴转矩测量值中减去由辊系的惯性力引起的转矩的轧制转矩与控制目标值一致地赋予驱动转矩控制量。

8.如权利要求1或2所述的板材轧制机，其特征在于，具备下述控制单元：在轧制过程中改变控制驱动转矩的电动机的驱动转矩控制目标值。

9.如权利要求3所述的板材轧制机，其特征在于，具备下述控制单元：在轧制过程中改变控制驱动转矩的电动机的驱动转矩控制目标值。

10.如权利要求8所述的板材轧制机，其特征在于，具有下述控制单元：呈坡形地改变轧制过程中改变的上述驱动转矩控制目标值。

11.如权利要求8或9所述的板材轧制机，其特征在于，具备下述控制单元：根据由以辊旋转速度为控制目标值进行控制的电动机驱动的工作辊的驱动转矩测量值或主轴转矩测量值、经由时序性平滑化处理来改变轧制过程中改变的上述驱动转矩控制目标值。

12.如权利要求8或9所述的板材轧制机，其特征在于，具有下述控制单元：根据轧制载荷的变动来改变轧制过程中改变的上述驱动转矩控制目标值。

13.一种板材轧制机的控制方法，该板材轧制机的结构为上下一对工作辊分别由独立的电动机提供驱动力，其特征在于，一方电动机以辊旋转速度为控制目标值进行控制，另一方电动机以由该电动机驱动的工作辊施加给轧制材料的轧制转矩大致一定为控制目标、以驱动转矩为控制量进行控制。

14.如权利要求13所述的板材轧制机的控制方法，其特征在于，在轧制材料咬入之前以辊旋转速度为控制目标值而控制两方电动机，在轧制材料咬入之后将单方电动机的控制切换到以驱动转矩为控制量的控制。

15.如权利要求13所述的板材轧制机的控制方法，其特征在于，在轧制材料尾端经过之前继续对单方电动机进行以驱动转矩为控制量的控制，在尾端即将经过之前切换到对两方电动机以辊旋转速度为控制目标值的控制。

16.如权利要求13或14所述的板材轧制机的控制方法，其特征在于，控制电动机使从驱动转矩测量值中减去由驱动系和辊系的惯性力引起的转矩的轧制转矩与控制目标值一致地赋予驱动转矩控制量。

17.如权利要求15所述的板材轧制机的控制方法，其特征在于，控制电动机使从驱动转矩测量值中减去由驱动系和辊系的惯性力引起的转矩的轧制转矩与控制目标值一致地赋予驱动转矩控制量。

18.如权利要求13或14所述的板材轧制机的控制方法，其特征在于，控制电动机使从主轴转矩测量值中减去由辊系的惯性力引起的转矩的轧制转矩与控制目标值一致地赋予驱动转矩控制量。

19.如权利要求15所述的板材轧制机的控制方法，其特征在于，控制电动机使从主轴转矩测量值中减去由辊系的惯性力引起的转矩的轧制转矩与控制目标值一致地赋予驱动转矩控制量。

20.如权利要求13或14所述的板材轧制机的控制方法，其特征在于，在轧制过程中改变控制驱动转矩的电动机的驱动转矩控制目标值。

21.如权利要求15所述的板材轧制机的控制方法，其特征在于，在轧制过程中改变控制驱动转矩的电动机的驱动转矩控制目标值。

22.如权利要求20或21所述的板材轧制机的控制方法，其特征在于，呈坡形地改变轧制过程中改变的上述驱动转矩控制目标值。

23.如权利要求20或21所述的板材轧制机的控制方法，其特征在于，根据由以辊旋转速度为控制目标值进行控制的电动机驱动的工作辊的驱动转矩测量值或主轴转矩测量值、经由时序性平滑化处理来改变轧制过程中改变的上述驱动转矩控制目标值。

24.如权利要求20或21所述的板材轧制机的控制方法，其特征在于，根据轧制载荷的变动来改变轧制过程中改变的上述驱动转矩控制目标值。

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